C++:类————运算符重载、友元函数

一、运算符重载

>1.什么是运算符重载：

类似于函数重载，运算符重载是C++多态的一种形式，允许程序员一些运算符用于自己制定的数据类型。

>2.为什么要进行运算符的重载：

举一个简单的例子，加入说要将两个数组想加，通常如下：

for(int i = 0 ; i < array_size ; ++i){
c[i] = a[i] + b[i];
}

但是借由对“+”运算符的重载，可以直接这样写：

c = a + b;

十分方便也更加直观，强调加法的实质而忽略其内部的详细操作，这是OOP的目标之一。

>3.运算符重载的语法：

统一的格式如下：

operator sign (argument_list)

其中sign表示某一种运算符的符号。

一般来说，都是在类的成员函数中声明，在另一个文件中进行定义(和普通的成员函数的定义方式完全相同）。

其实，可以将operator sign整体看做一个函数名，只是它的结合方式不同而已。

例如定义了一个名为Time的Class，t1,t2,t3都是Class的对象，对加法进行了如下重载：

class Time()
{
private:
minutes;
hours;
public:
...
...
Time operator + (const Time & t)const;
....

};

Time Time:: operator + (const Time & t) const
{
Time sum;

sum.minutes = minutes + t.minutes;
sum.hours = hours + t.hours + sum.minutes / 60;
sum.minutes %= 60;
}

那么语句t3 = t1 + t2就相当于t3 = t1.operator + (t2)

在这里需要强调的是，成员符号".“操作符的结合方式总是自左向右的，如果写t3 = t2 + t1，虽然结果相同，但是实际上是这样调用的 t3 = t2.operator + (t1),此处十分重要。

>4.运算符重载的注意事项：

重载后的运算符必须至少有一个操作数是用户自定义型的，这将防止用户重载标准运算符。

使用运算符不可以违背原来的句法规则，例如%是对两个操作数使用的，不可以出现形如%x的重载

不可以修改运算符的算数优先级

不可以通过重载创建新的运算符

可以通过成员函数（在类内部）或者非成员函数（和普通函数一样，在类的外部）重载，但是有一些运算符"=,(),[],->"只能在成员函数里进行重载

二、友元函数

>1.什么是友元函数

通过让函数称为类的友元，可以赋予该函数同成员函数一样的权限去访问类的私有成员。

>2.为什么要使用友元函数

这里需要举一个直观的例子：

A = B + 50.0(其中A、B是同一种类的对象），这里我们假设对+进行了重载，那么该语句相当于:

A = B.operator + (50.0) (再次强调运算符左侧的操作数是调用对象）

按照运算符左侧是调用对象的规则，A = 50.0 + B 是错误的，因为50.0不是一个对象，这就让我们有点不开心了。

解决访问有两个：一是强制要求大家都写成A = B + 50.0 的形式，这大家肯定非常不开心；二是将重载定义为成非成员函数的形式（即相当于一个普通的函数），非成员函数 的重载的调用规则是将 A = 50.0 + B 与 A = operator + (50.0,B)的等价，这样可以。

但是非成员函数有一个非常大的缺点，不可以访问对象的私有成员，怎么办呢？这时候就由友元函数出马了。

>3.创建友元函数

创建友元函数的第一步是将其原型放在类的声明中，并在声明的前边加关键字friend

friend Time operator + (double m,const Time & t);

这个原型意味着虽然函数operator + ()是在类中声明的，但是它不能被成员运算符来调用，但是享有和成员函数一样的权利，访问TIme类的私有成员。

第二步就是编写定义，由于友元函数不是成员函数，所以定义中不需要加限定符，这个例子中意思是无需写 Time::，所以定义应该如下：

Time operator + (double m,const Time & t){
.......
}

>4.常用的友元函数

最为常用的友元函数应该就是operator << ()了，对<<进行重载大大方便了编写输出时的代码。

void operator << ( ostream & os,const Time & t){
os << t.hours << " hours " << t.minutes << " minutes " << endl;
}

因为参数按照从左往右的顺序填入，这样语句cout << time 就相当于 operator + (cout,time)

其中os是cout的一个引用，可以使用这种方式。

这里需要说明的是，operator<<()直接访问Time类的私有成员但是不访问ostream类的私有成员，因此它是类Time的友元而不是ostream的友元。

但是这个版本实际上和我们常用的有很大差别，因为不能够 cout << time1 << time2 <<...这样写，实际上我们都知道 cout << time1会返回一个ostream类的对象，才能够继
续使用<<这个符号，因此，我们应当对上述代码改进一下:

ostream &  operator << (ostream & os,const Time & t){
os << t.hours << " hours " << t.minutes << " minutes " << endl;
return os;
}